ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Вследствие многообразия одновременно действующих причин, способствующих искривлению скважин, практически невозможно бурить их в строго вертикальном направлении. Поэтому все вертикальные скважины в той или иной степени искривлены. Следовательно, первоочередной задачей становится предупреждение их значительного искривления. В этой связи рассмотрим условия работы долота не в вертикальной, а в искривленной скважине.

Предположим, что скважина отклонилась от вертикали на угол а и направляющий участок[1] бурильной колонны касается стенки скважины в точке Т (рис. 56). При отсутствии нагрузки на забой единственной силой, действующей на долото, является вес направляющего участка бурильной колонны Рн.

Во время бурения скважины под влиянием веса направляющего' участка бурильной колонны Рн долото стремится занять вертикальное положение, а под влиянием веса сжатой части бурильной колонны переместиться вдоль ее оси. Результирующая этих двух сил Р3 может быть разложена на две составляющие: силу P1, действующую вдоль оси бурильной колонны, и силу Р2 перпендикулярную ей. Если Р2 направлена к вертикали, долото стремится уменьшить зенитный угол скважины а и сила Р2 может быть названа выпрямляющей силой (см. рис. 56, а). Если Р2 направлена от вертикали, долото стремится увеличить зенитный угол скважины а и Р2 может быть названа отклоняющей силой (см. рис. 56, в). Если Р2 равна нулю, наступит стабилизация зенитного угла скважины а и, следовательно, скважина будет буриться наклонно (см. рис. 56,6).

Рис. 56. Схема действия сил, влияющих на искривления скважины при бурении в изотропных породах: а — уменьшение а; б —стабилизация а; в — увеличение а

 

При бурении в изотропных породах значение Р2 зависит от нагрузки на забой, диаметра скважины, зазора между УБТ и стенкой скважины, диаметра УБТ и зенитного угла скважины. С повышением нагрузки на забой увеличится прогиб нижней части бурильной колонны, точка Т приблизится к долоту и составляющая веса направляющего участка бурильной колонны РН уменьшится. Это приведет к уменьшению выпрямляющей силы Р2. При дальнейшем повышении нагрузки на забой может наступить стабилизация (Р2 становится равной нулю), а затем и прирост зенитного угла скважины а (Р2 становится отклоняющей силой).

Приведенный анализ действия сил на нижний участок бурильной колонны справедлив для условий бурения в изотропной породе, т. е., когда не влияют геологические причины, способствующие искривлению скважин.

Из геологических причин наибольшее влияние на искривление скважин оказывают анизотропность горной породы и степень наклона чередующихся по твердости и мощности пластов.

Для предупреждения искривления скважины наиболее благоприятны условия, когда долото занимает перпендикулярное или параллельное положение по отношению к плоскостям слоистости анизотропной породы и к плоскостям напластования наклонно залегающей породы. Во всех других случаях долото, стремясь занять одно из этих положений, отклоняет скважину от вертикали при одновременном изменении азимута.

В сложных геологических условиях наряду с силой Р3 действует сила, значение и направление которой зависят от анизотропности пород, угла наклона пластов и других трудно учитываемых геологических причин. Равнодействующая этих сил и определит направление бурящейся скважины.

Еще большие возможности регулирования силы Р2 можно получить, если использовать в нижней части бурильной колонны, составленной из УБТ одного диаметра, одно или два центрирующих приспособления, или УБТ не одного, а, например, двух диаметров. В этом случае секция расчетной длины из УБТ большего диаметра устанавливается над долотом, а над ней, также расчетной длины, устанавливается секция из УБТ меньшего диаметра. Эффект возрастает, если на границе перехода от УБТ большего диаметра к УБТ меньшего диаметра установить первое центрирующее приспособление, а затем на расчетном расстоянии в колонне УБТ меньшего диаметра установить второе центрирующее приспособление. При этом желательно диаметры центрирующих приспособлений иметь равными диаметру долота.

Результаты решения ряда задач с применением центрирующих приспособлений и ступенчатых колонн УБТ сведены в графики [2], пользуясь которыми можно определить значение силы Р2 при любых встречающихся в практике бурения конструкциях нижней части бурильной колонны и нагрузках на забой. В отличие от рассмотренных конструкций нижней части бурильной колонны, использующих «эффект отвеса», при бурении в сложных геологических условиях широко применяют конструкции нижней части бурильной колонны, в которых достигается ее центрирование в скважине. В этом случае непосредственно над долотом, а затем на расчетном расстоянии от него (рис. 57) устанавливают центрирующие приспособления с диаметром, равным диаметру долота. В результате ось нижней части бурильной колонны и ось скважины совмещаются, что создает условия для бурения скважины без изменения ее зенитного угла. Однако вследствие износа центрирующих приспособлений и большего диаметра скважины по сравнению с диаметром долота центрирование нижней части бурильной колонны нарушается и дальнейшее бурение при таком положении колонны приведет к увеличению зенитного угла скважины.